История искусственного освещения

Категория:Использвание искусственного освещения

«Едва ли какой процесс, совершающийся на поверхности земли, заслуживает в такой степени всеобщего внимания, как тот, далеко еще не разгаданный процесс, который происходит в зеленом листе, когда на него падает луч солнца»

К. А. Тимирязев

Если дать себе труд вдуматься в замечательные по содержанию и по форме слова К.

А. Тимирязева, приведенные выше, то сами по себе отпадают всякие сомнения в чрезвычайной важности светофизиологических исследований. Задачей последних как раз и является вскрытие этих, еще пе разгаданных, процессов, определяющих космические функции растений.

Огромно разнообразие веществ, синтезируемых растениями. Одни из них, например белки, углеводы, жиры и витамины, имеют большое значение для питания человека и животных. Другие — являются лекарственными препаратами, излечивающими самые разнообразные болезни.

Если вспомнить к тому же, что растения дают такие материалы, как волокно, каучук, дубильные и красящие вещества, смолы и эфирные масла и т. п. — становится совершенно очевидным, что изучение закономерностей синтеза растений, а следовательно всей их жизнп, является едва ли не самой важной задачей не только агробиологии, но и всего естествознания.

Весь органический мир неразрывно связан с жизнедеятельностью растений. Они с полным правом могут называться основой его существования. Там, где есть растительные виды, могут развиваться и другие представители живой природы; там, где их нет, — нет и жизни.

Основная функция растений, фотосинтез, связана с действием света. Без него растения теряют основную способность быть зелеными и фотосинтезировать, т.

е. строить органическое вещество за счет химических элементов и солнечной лучистой энергии. Последняя в процессе фотосинтеза, по образному выражению

К. А. Тимирязева, консервируется впрок, и мы, следовательно, питаемся лучами солнца через посредство растений, которые в свою очередь питаются ими непосредственно.

По причинам, о которых мы будем говорить ниже, наши сведения о роли света в жизнедеятельности зеленых фотосинтезирую-щих растительных организмов далеко не совершенны, недостаточны. Некоторые из них, как, например, представления о зависимости окраски растений от солнечного освещения, в общем виде, уходят в глубокую древность.

Уже у античных естествоиспытателей имеется не^ просто упоминание данного факта, но дается и его объяснение, близкое к современному. Так, в дидактической поэме Лукреция «О природе вещей» говорится: «…без света цветов не бывает… Ибо какие же цвета в непроглядных потемках возможны? Больше того, самый свет изменяет окраску предметов, падая прямо на них или косвенно их освещая».

У Вергилия в его сельскохозяйственной поэме «Георгики» можно найти сведения о стремлении растений к свету, т. е. о световых ростовых движениях.

Вообще, все, что можно было наблюдать в природе без специального физиологического эксперимента, было вскрыто практикой первых земледельцев, наблюдавших значение солнечного света в жизни растений. Поэтому и весь сельскохозяйственный труд также издавна связывался с солнцем, и календарь его был солнечным календарем. Эта мысль выражена у Вергилия следующими словами: «Миром для этого всем, разделенным на равные части, солнце правит златое, двенадцать меняя созвездий».

Однако открытие фотосинтеза значительно запоздало и было сделано только в XVIIIвеке трудами Пристли, Сенебье, Инген-гуза, Сосюра. Этот период и признается за официальное рождение самостоятельного физиологического направления ботанических исследований.

С тех пор прошло немало лет, ознаменовавшихся на рубеже двух последних веков блестящими работами К.

А. Тимирязева, привлекшего к решению задач физиологии растений физические методы исследований. Он же в «Крунианской лекции» предугадал и еще одно светофизиологическое открытие: зависимость перехода растений от роста к репродукции от продолжительности ежесуточного освещения растений или, как принято говорить, от длины дня и ночи, «…я желал бы указать,—писал в этой лекции К.

А. Тимирязев, — на некоторые выводы, которые можно сделать из (этого) закона зависимости усвоения углерода от напряжения света в применении к известным фактам, касающимся географического распределения и биологических особенностей растений. Хорошо известен факт, что в высших широтах растение требует более короткого промежутка времени для достижения известных стадий развития, чем в низших широтах.

Это обыкновенно приписывают большей продолжительности дня. Но и солнце стоит тогда не так высоко, и до той поры, пока предполагалось, что действие света пропорционально его напряжению, это объяснение было очевидно ^удовлетворительно. Теперь, когда мы знаем, что только приблизительно половина непосредственной полуденной инсоляции может быть использована, мы можем легче понять, что более долгий период при менее значительной высоте солнца оказывается более полезным, чем период более короткий при более высоком стоянии солнца» *.

Экспериментальное открытие фотопериодизма и последовавшие за ним в этом направлении работы значительно оживили свето-физиологические эксперименты и, что самое главное, придали им практическое направление. Но тимирязевское направление в физиологии растений — это почти наша современность, это текущий день в истории науки.

Невольно возникает вопрос, почему так медленно развивались знания, относящиеся к выяснению закономерностей использования растениями солнечного излучения.

Ведь они являются основой для вскрытия законов создания органического мира из неживой материи. Очевидно, только серьезная причина могла затормозить развитие столь важного раздела естествознания. В значительной степени она кроется в непостоянстве естественного солнечного освещения, очень затрудняющего постановку необходимых исследований.

Даже простое определение отношения растений к свету, по которому судят об их светолюбии, и то сталкивается с большим затруднением. «Дать точное цифровое выражение степени светолюбия отдельных растений, — пишет Н. А.

Максимов, — пока еще не представляется возможным, т. к. в естественных условиях растения развиваются при непрерывно изменяющихся условиях освещения, в зависимости от погоды и суточного и годичного хода солнечной радиации».

Если, пользуясь естественным освещением, трудно дать объективную оценку светолюбия отдельных растительных видов, то, конечно, еще труднее вести исследования, выясняющие потребности растений в спектральном составе солнечного излучения.

Решение последнего вопроса невозможно без относительно длительного выращивания растений в цветном свете определенного спектрального состава и мощности, чего изменчивая солнечная радиация обеспечить не может. Кроме того, в южных районах, где погода наиболее устойчива, ходу подобных исследований не могут не мешать ночные периоды с полным отсутствием солнечного излучения. Тем не менее, с развитием техники изготовления устойчивых стеклянных фильтров опыты с естественным освещением начали проводиться.

Характерной особенностью их является длительность. К тому же они выясняют влияние только широких областей спектра, а не отдельных его отрезков. Что касается исследований, в которых для выделения отдельных участков видимого спектра пользовались, цо примеру Сенебье, окрашенными жидкостями, то они обычно используются только для определения фотосинтеза.

Более поздние работы К. А. Тимирязева с использованием отдельных участков цветного света, полученного при помоши разложения солнечного луча стеклянной призмой, также не позволяли проводить длительных опытов, а тем более выращивать растения в этих световых участках призматического спектра.

Поэтому К. А. Тимирязев и был вынужден в своих исследованиях ограничиться только выяснением спектров поглощения хлорофилла и учетом фотосинтеза отдельных листьев в краткосрочных опытах.

Нельзя забывать, как это нередко делается, что любые световые условия воспринимаются растениями не сами по себе, не оторванно от других внешних факторов, формирующих физиологическое состояние растений. Необходимо помнить историю возникновения каждого изучаемого растительного вида, слагавшегося под влиянием не каких-то усредненных, а совершенно определенных и поэтому различных факторов.

Ведь световые условия не были и не могли быть никогда и нигде одинаковыми для всех видов. Лесные, луговые, горные и долинные растения всегда находятся под воздействием света, разного по качеству и по количеству. Поэтому нельзя, исходя только из чисто априорных представлений, считать, что все растения нуждаются в свете, одинаковом по качеству.

Результаты выращивания растений в различных световых условиях дают более объективные показатели отношения растений к качеству света, чем данные оптических характеристик алкогольных вытяжек хлорофилла или результаты кратковременных наблюдений за газообменом отдельных листьев в замкнутых объемах.

Одинаковые свойства препаратов хлорофилла никак не могут говорить об одинаковых потребностях растений.

Ведь растение — далеко не хлорофилл. Свет действует и на другие пигменты, и нй живую плазму, и на суточный обмен веществ, короче, на весь растительный организм в целом. Поэтому нет ничего удивительного, что опыты с выращиванием растений полностью в условиях монохроматического или близкого к нему освещения могут давать результаты, отличные от тех, какие получались при изучении оптических особенностей хлорофилла или газообмена растений.

Трудности работы с солнечным освещением для решения основных проблем ботаники привели к стремлению в ряде опытов заменить естественное освещение искусственным, находящимся полностью в руках экспериментатора.

Одна из первых попыток такого рода относится к 1865 г. и принадлежит русскому ученому А. С.

Фаминцыну. Излагая свои опыты с культурой Spirogyra orthospora Neeg. в условиях освещения керосиновыми лампами, он писал: «Искусственный свет я предпочел дневному, потому что он имеет два важных преимущества перед последним: — во 1-х тем, что он гораздо постояннее дневного;

— во 2-х тем, что его можно поддерживать беспрерывно и днем, и ночью по всякое время года».

Понятно поэтому, что вскоре же после открытия электрического освещения последнее стало все шире и шире применяться для различных целей при культуре растительных видов. Еще на самой заре электросветокультуры растений К.

А. Тимирязев, заканчивая свою лекцию, посвященную этому вопросу, и имея в виду продемонстрированный им опыт с разложением углекислоты растением в условиях электрического освещения, бросил пророческую мысль, осуществляющуюся сейчас в нашей стране. «Этого примера, — говорил он, — я полагаю, достаточно для того, чтобы показать, сколько нового и неожиданного может раскрыть нам изучение растительной жизни при помощи электрического света».

Следовательно, искусственное освещение чрезвычайно важно для решения основных теоретических вопросов растениеводства, связанных с выяснением значения света в жизнедеятельности растительных видов.

Ведь единственный путь увеличения продуктивности растительных организмов заключается в непрерывном повышении количества связываемой ими лучистой энергии. Поэтому все усилия, направленные на повышение урожая, в конечном итоге сводятся к увеличению использования растениями падающего на них лучистого потока. Любые приемы агротехники,, использование закрытого грунта, селекция, — все эти методы направлены к увеличению урожайности растительных культур через; повышение коэфициента полезного действия имеющейся в их распоряжении радиации.

Не случайно В. Р. Вильяме указывал, что: «Основную задачу сельскохозяйственного производства составляет преобразование кинетической энергии солнечного луча в энергию потенциальную».

Солнечные лучи не только определяют образование органического вещества растений, но в то же время и именно поэтому являются фактором внешней среды, формирующим их физиологическое состояние, от которого зависит вся жизнедеятельность растительных организмов. Физические факторы и среди них на первом месте свет, формирующие физиологическое состояние растений, должны быть превращены в могучие рычаги управления развитием и урожаем растительных видов.

В этом состоит одна из основных проблем агробиологической науки, созданной в нашей стране трудами ее корифеев К. А. Тимирязева, И.

В. Мичурина, В. Р.

Вильямса, Т. Д. Лысенко.

Для решения этих ответственных задач агробиологии искусственное освещение имеет большое значение и тем самым оправдывает светофизиологические исследования, ведущиеся полностью в условиях электрического освещения.

Результаты этих исследований, особенно в последнее время, начинают все больше и больше использоваться в прямых практических целях для получения растительной продукции при недостатке или полном отсутствии солнечного освещения. Еще К.

А. Тимирязев в конце прошлого столетия писал: «…для сообщения тепличным растениям более здорового вида в зимние месяцы, когда, особенно у нас, они страдают от недостатка света, электрическое освещение могло бы найти себе применение». Как известно, это его предвидение осуществилось и все шире и шире входит в практику растениеводства закрытого грунта нашей страны.

В северных областях СССР, где в течение полугода не хватает естественного освещения для нормального роста растений, в осенне-зимний и ранневесенний периоды применяется досвечивание электрическим светом овощных, ягодных и декоративных культур. Мало того, исходя из возможностей искусственного досвечивания, в ряде районов страны строят крупные теплично-парниковые комбинаты, имеющие целью бесперебойное круглогодичное снабжение овощами и ягодами населения. В частности такие комбинаты имеются под Москвой, под Ленинградом, в Горьком, Свердловске и многих других местах.

На огромной территории СССР, лежащей между 50 и 60° с. ш., зимние дни коротки и, главное, свет их мал по своей силе. Поэтому чаще всего в указанных условиях электрическое освещение используется для продления дня и для повышения его световой интенсивности.

Такие способы использования искусственного освещения в дополнение к слабому естественному, называемые досвечиванием, уже и сейчас оправдывают себя, особенно там, где стоимость электроэнергии не высока. Досвечивание употребляется как для выращивания рассады, так и для получения готовой продукции. За пределами 65° с.

ш., где света зимой почти нет, где царит долгая полярная ночь, особенно нужна свежая зелень. Вырастить ее можно только полностью на искусственном освещении. Эта задача более трудная и менее разработанная.

Решение ее позволяет выращивать растения вне зависимости от солнечного освещения в любых темных помещениях. В частности могут быть созданы подземные сады на станциях метро. Для этого совершенно необходимо знать более подробно потребности каждого растительного вида в световых условиях, а также уметь управлять и другими факторами внешней среды, необходимыми для жизнедеятельности растений и влияющими на процесс усвоения ими света.

Для этих же целей крайне желательна и объективная оценка относительного светолюбия видов и сортов, намечаемых для культуры полностью на искусственном освещении. Чем менее требовательны растения к свету, тем при меньшей мощности лучистого потока они могут быть выращены. Чем меньше будут затраты электроэнергии, тем в конечном итоге будет рациональнее электросветокультура растений.

Как минимум для разработки приемов рыращивания растений на электрическом освещении нужно знать следующее.1. Какие интегральные мощности лучистого потока различных электрических ламп наиболее пригодны для культуры определенных видов растений.2. Каким должен быть спектральный состав лучистого потока, чтобы было обеспечено его лучшее использование.3. Какой должна быть ежесуточная продолжительность действия лучистого потока на растения в зависимости от мощности и спектрального состава.4. Каким должен быть температурный фон в светлые и темные часы суток. В первом случае он определяет собою характер влияния на растения лучистого потока, а во втором — интенсивность хода темновых реакций обмена веществ.5. Каким должен быть состав воздуха и количество в нем углекислоты для наиболее интенсивного хода фотосинтеза.6. Как должны итти водоснабжение и расходование воды растениями для лучшего использования ими света.

7. Каким должно быть минеральное питание выращиваемых на искусственном освещении видов. Здесь прежде всего возникает вопрос о сравнительной оценке почвенных и водных культур.

Перед мичуринской биологией возникает необходимость скорейшего и всемерного выяснения взаимодействия растения со светом в зависимости не только от его особенностей (спектральный состав, мощность потока, продолжительность его действия), но и от комплекса других факторов внешней среды, участвующих в формировании физиологического состояния растительных видов. «Чем лучше мы . будем понимать взаимосвязь организмов с условиями внешней среды, — пишет Т.

Д. Лысенко, — тем лучше можно управлять организмами, пользуясь возможностями регулирования и создания условий внешней среды». Если для рационального выращивания растений на электрическом освещении необходимо, более, чем где-либо, «понимать взаимосвязь организмов с условиями внешней среды», ибо в этом случае они создаются человеком, то и само искусственное освещение должно способствовать вскрытию закономерностей использования света зелеными растительными организмами.

Чаще всего электрическое освещение при культуре растений употребляется научно-исследовательскими учреждениями для продления естественных дней. Целью этого продления является ускорение развития так называемых «длиннодневных» видов. Любопытно, что при этом ни у кого не возникает сомнений, что электрический свет должен действовать так же и в том же направлении, что и естественный, хотя никаких прямых доказательств- этого положения не приводится.

Конечно, растениеводам, пользующимся электрическим освещением для управления прбцессом репродуктивного развития растений, гораздо важнее результат его действия, чем причины, его вызвавшие. Но для светофизиологин этот вопрос небезразличен.

В дальнейшем мы увидим, что, действительно, не всякий свет вызывает цветение растений длинного дня и что фотопериодпче-ские закономерности, общие для солнечного освещения или радиации ламп накаливания, оказываются иногда иными при использовании получающих широкое практическое применение люминесцентных ламп (дневной свет).

Следовательно, и в этом случае знания закономерностей использования растениями света обязательны.

В свое время В. Р.

Вильяме указывал, что: «накопление органического вещества — есть процесс биологический, требующий определенного количества времени для своего течения. Ускорение этого процесса может быть достигнуто лишь в случае повышения напряжения притока космических факторов, или расширения продолжительности времени (суточного периода) их притока, что может быть достигнуто культурой в закрытом грунте или селекционным подбором растений». Решив намеченные выше задачи, мы можем пойти значительно дальше, взяв в свои руки управление космическим процессом связывания растениями лучистой энергии, не случайно, не стихийно, а исходя из точных знаний и физиологических процессов жизнедеятельности растений и физических факторов, необходимых для их осуществления.

Использвание искусственного освещения- Значение искусственного освещения для теории и практики растениеводства

Кто изобрел электрическую лампочку? Обыкновенно на этот вопрос отвечают: американский ученый Эдисон.

Но это неверно. Эдисон был только одним из многих работников в деле изобретения искусственного освещения, которое используется в наше время.Лампы настоящего времени сильно различаются с лампой прошлого. Найти в них одинаковые черты практически не возможно.Когда-то на улицах городов не было ни одного фонаря, а в домах люди проводили вечера при свете сальной свечи или тусклой и коптящей масляной лампы.

Если бы мы сравнили эту старинную масляную лампу, которая напоминала чайник, с нашей электрической лампочкой, мы не нашли бы между ними никакого сходства. А между тем от этого уродливого чайника к электрической лампочке ведет длинный ряд превращений, длинная цепь небольших, но очень важных изменений. Тысячи изобретателей, в течение сотен лет трудились для того, чтобы сделать наши лампы ярче и лучше.Костер посреди комнатыНекрасивая масляная лампа была очень изящной и хорошо придуманной вещью по сравнению с теми лампами, которые были до нее.

А были и такие времена, когда вообще никаких ламп не существовало.Для освещения одной комнаты, было достаточно разжечь всего одну щепку.Полторы тысячи лет назад на месте теперешнего Парижа мы нашли бы грязный городок Лютецию, состоящий сплошь из деревянных хижин, крытых соломой или черепицей. Войдя в один из этих домов, мы увидели бы огонь, разложенный посреди единственной комнаты. Дым, несмотря на то что в крыше было отверстие, не хотел уходить из комнаты и нестерпимо ел глаза и легкие.

Этот первобытный очаг служил людям того времени и лампой, и кухонной плитой, и печкой. Зажигать огонь посреди деревянной постройки было делом очень опасным. Не мудрено, что пожары случались тогда очень часто.

Огня боялись, как злого, жадного врага, который только и ждет, как бы напасть на дом и уничтожить его. Печи с дымовыми трубами появились на западе Европы лет семьсот тому назад, а у нас в России еще позже. Перед Октябрьской революцией в российских в деревнях еще были кое-где «черные», или «курные», избы, которые отапливались печами без труб.

Во время топки приходилось открывать дверь на улицу. Чтобы спастись от дыма и холода, ребятишки укладывались среди бела дня спать, укрывшись с головой шубами и тулупами.Вместо костра горящая щепкаДля освещения жилища незачем было разжигать целый костер, когда для этого достаточно было одной щепки, одной лучины. От очага в доме бывало и дымно, и жарко, да и дров он съедал немало.

Вот люди и заменили кучу хвороста одной горящей щепкой — лучиной. От сухого ровного полена откалывали щепку длиной в аршин и зажигали. Лучина была замечательным изобретением.

Недаром она просуществовала много веков — почти до нашего времени. Но заставить лучину гореть было совсем не так просто.Первый факел получили, обмакивая ветку в смолу.Всякий, кому приходилось ставить самовар, знает, что растопку нужно держать наклонно — горящим концом вниз, иначе она погаснет. А почему?

Пламя всегда поднимается вверх по дереву. Это оттого, что воздух около горящего дерева нагревается. А теплый воздух легче холодного.

Он поднимается вверх и тянет за собой пламя. Вот поэтому и приходилось держать лучину слегка наклонно, горящим концом вниз — иначе она погасла бы. Но нельзя же было держать ее все время в руках.

Поступали проще: втыкали лучину в светец — столбик на подставке. К столбику приделан был железный зажим, в котором и укрепляли лучину. Освещение это было совсем не такое плохое, как может показаться.

Лучина давала очень яркий свет. Но сколько от нее было дыму и копоти, сколько с ней было хлопот! Приходилось класть под нее железный лист, чтобы не было пожара, стоять около нее, чтобы вовремя заменить сгоревшую лучину новой. Обыкновенно, в то время как взрослые работали, за лучиной присматривал кто-нибудь из детей.При свете факеловНе везде можно было найти подходящее дерево для лучины.

Но люди не остановились перед этим препятствием. Они заметили, что особенно ярко горит лучина, сделанная из смолистого дерева. Значит, дело не столько в дереве, сколько в смоле.

Стоит обмакнуть любую ветку в смолу, и получится искусственная лучина, которая будет гореть не хуже, а еще лучше настоящей. Так появился факел. Факелы горели очень ярко.

Ими освещали целые залы во время торжественных пиров. Рассказывают, что в замке рыцаря Гастона де-Фуа двенадцать слуг держали в руках факелы, стоя вокруг стола во время ужина. В королевских дворцах нередко факелы держали в руках не живые слуги, а серебряные статуи.

Факелы, как и лучины, сохранились до нашего времени.Первая лампаВ одной пещере во Франции археологи нашли вместе с кремниевыми скребками и гарпунами из оленьего рога небольшую плоскую чашку, вырезанную из песчаника. Округлое дно чашки было покрыто каким-то черным налетом. Когда налет исследовали в лаборатории, оказалось, что это нагар, который образовался оттого, что в чашке сжигали сало.Так была найдена первая лампа, освещавшая человеческое жилье еще в те времена, когда люди жили в пещерах.Поделитесь полезной статьей:

Источники:

  • gardenweb.ru
  • fazaa.ru

Поделиться:
Нет комментариев